در انتخاب سیستم باربر جانبی ساختمانهای فولادی، مقایسه اقتصادی صرفاً بر اساس قیمت خرید یک عضو سازه ای نمیتواند معیار مناسبی برای تصمیم گیری باشد. نوع سیستم مقاوم لرزهای بر نیروی زلزله، وزن اسکلت، ابعاد اعضای سازه ای، جزئیات اتصالات و در نهایت هزینه تمامشده ساختمان تأثیر میگذارد.
یکی از مقایسههای کاربردی در این زمینه، مقایسه قیمت تمام شده سازه در دو حالت کاربرد مهاربند کمانش تاب (Buckling Restrained Brace یا BRB) و مهاربند همگرای ویژه (Special Concentrically Braced Frame یا SCBF) است.
در این نوشتار برای بررسی این موضوع، ساختمان مسکونی آصف در زعفرانیه تهران را به عنوان مطالعه موردی انتخاب کرده ایم تا براساس نتایج اقتصادی در این پروژه، تصویری از مقایسه قیمت تمام شده سازه با دو سیستم مهاربند کمانش تاب (BRB) و مهاربند همگرای ویژه (SCBF)، به دست دهیم. این پروژه که اولین ساختمان مسکونی در کشور ایران بود که با میراگر BRB طراحی و اجرا شد، ۳۴۵۰ مترمربع زیربنا، ارتفاع ۲۶٫۱ متر، ۷ طبقه روی زمین به همراه ۲ طبقه زیرزمین و واقع بر خاک تیپ دو است.
مقایسه دو سیستم در یک ساختمان واقعی
در مطالعه پروژه آصف، سیستم باربر جانبی در راستای عرضی، یک سیستم دوگانه شامل قاب خمشی فولادی و دیوار برشی بتنی در نظر گرفته شد. در فاز امکانسنجی در راستای طولی، دو گزینه بهصورت مستقل توسط طراح پروژه، مورد بررسی قرار گرفت:
- طرح شماره ۱: قاب مهاربند کمانش تاب (BRBF)
- طرح شماره ۲: قاب مهاربند همگرای ویژه (SCBF)
به این ترتیب در شرایطی یکسان، اثر انتخاب سیستم مهاربندی بر پاسخ لرزه ای و مشخصات اقتصادی سازه مورد مقایسه قرار گرفت.
تفاوت در تقاضای لرزه ای
یکی از مهمترین نتایج این مطالعه به برش پایه مربوط میشود.
در طرح دارای مهاربندهای کمانش تاب (BRB)، ضریب رفتار بالاتر و زمان تناوب متفاوت سازه باعث کاهش ضریب زلزله و در نتیجه کاهش برش پایه شده است. برش پایه استاتیکی در راستای طولی برای طرح BRB حدود ۲۳۵ تن و برای طرح SCBF حدود ۴۱۰ تن به دست آمده است.
بر اساس مطالعه، استفاده از BRB موجب شده است که برش پایه سازه تا حدود ۴۳ درصد کاهش پیدا کند. این کاهش ناشی از دو عامل اصلی است: افزایش زمان تناوب سازه و کاهش شتاب طیفی، و همچنین افزایش شکل پذیری سیستم که در قالب ضریب رفتار بالاتر خود را نشان میدهد. این موضوع از منظر اقتصادی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا کاهش تقاضای لرزه ای میتواند مستقیماً بر ظرفیت موردنیاز اعضای سازه ای و اتصالات اثر بگذارد.
کاهش وزن اسکلت با BRB
در مقایسه اقتصادی مهاربندهای کمانش تاب (BRB) با سایر سیستم های ساختمانی، کاهش وزن اسکلت به واسطه ضریب رفتار بالای BRBمعمولاً هزینه خرید BRB را جبران کرده و در بسیاری از موارد به ویژه در قیاس با قاب مهاربند همگرای ویژه (SCBF) منجر به کاهش هزینه تمام شده ساخت اسکلت می شود. در پروژه مورد مطالعه نیزکاربرد BRB موجب کاهش هزینه های ساخت شده است. در جدول ذیل اوزان به دست آمده برای المان های سازه ای در دو حالت مورد بررسی بر حسب واحد تن گزارش شده است:
سیستم سازه ای
وزن ستون
وزن تیر
وزن مهاربند
وزن گاست
کاهش وزن اسکلت
SCBF
119
153
17
12
–
BRB
117
148
3
8
25
قیمت BRB در برابر قیمت اسکلت فولادی
ممکن است در نگاه اول تصور شود که استفاده از BRB به دلیل قیمت مستقل این محصول، الزاماً هزینه سازه را افزایش می دهد؛ اما مقایسه اقتصادی باید در سطح کل سیستم سازه ای انجام شود. در پروژه آصف، هزینه اسکلت طرح BRB در زمان ساخت حدود ۱۳۸ میلیارد ریال برآورد شده و قیمت BRB نیز حدود ۱۱٫۴ میلیارد ریال بوده است. بنابراین قیمت کل طرح BRB به حدود ۱۴۹٫۴ میلیارد ریال رسیده است. در طرح SCBF، قیمت اسکلت حدود ۱۵۰٫۵ میلیارد ریال برآورد شده است.
بر اساس این مطالعه موردی، هزینه کل دو گزینه تقریباً برابر به دست آمده است؛ با این تفاوت که طرح BRB با وجود اضافه شدن هزینه خرید مهاربند کمانش تاب، توانسته هزینه سایر بخشهای اسکلت را کاهش دهد.
هزینه BRB را نباید جدا از سیستم سازهای بررسی کرد
این نتیجه یک نکته مهم در ارزیابی اقتصادی مهاربند کمانشتاب را نشان میدهد:
قیمت یک BRB را نمیتوان بهتنهایی با قیمت یک مهاربند فولادی معمولی مقایسه کرد. مهاربند کمانشتاب بخشی از یک سیستم مقاوم لرزهای است و عملکرد آن بر سایر اجزای سازه نیز تأثیر میگذارد.
در طرح SCBF، افزایش سختی سازه از یک سو باعث کاهش تغییرمکان و دریفت میشود، اما از سوی دیگر افزایش تقاضای لرزهای را نیز به همراه دارد. این افزایش تقاضا میتواند به افزایش ظرفیت موردنیاز مهاربندها و اعضای قاب لرزهای منجر شود.
علاوه بر این، مهاربندهای همگرای ویژه دارای تفاوت ظرفیت فشاری و کششی هستند. در نتیجه، در طراحی بر مبنای ظرفیت، نیروهای نامتعادل بیشتری میتوانند به اعضای اطراف مهاربند منتقل شوند. مطالعه پروژه آصف نیز به همین موضوع اشاره کرده است.
